Biochémia

Základy biochémie. Chemické reakcie sa riadia rovnakými chem. a fyz. vlastnosťami v živej aj v neživej prírode. V živých organizmoch sa nachádzajú tie isté prvky ako v neživej prírode, ale deje prebiehajúce v živých organizmoch ako aj chem. zloženie živých organizmoch majú svoje špecifiká. U živých organizmov produkty 1. reakcie sú použité ako reaktanty (substráty)v ďalšej reakcii. Čiže reakcie na seba nadväzujú.(Podobne aj energia uvoľnená pri 1. reakcii sa spotrebuje pri inej reakcii). Sústava chem. reakcií na seba nadväzujúcich, pri ktorých prebiehajú premeny látok (rozklad alebo syntéza) nazývame-látkový metabolizmus. Pomerne zložité reakcie môžu v našom tele prebehnúť pri pomerne nízkej teplote vďaka biokatalyzátorom (enzýmom) Chemické zloženie živých organizmov. Hlavnými zložkami živých organizmov sú : voda(60-90%), bielkoviny, nukleové kyseliny, sacharidy, lipidy. Čo sa týka jednotlivých prvkov rozoznávame makroprvky a mikroprvky. V rámci makroprvkov musíme vyzdvihnúť základné biogénne prvky. Makroprvky(základné biogénne prvky: C,H,O,N,P,/S/, ostatné:/Fe,Mg,Ca,K,Na,Cl/) Mikroprvky (Zn, chróm, selén, Mn,I,F,Br,Si,Cu).

 V procese biosyntézy a rozkladu organických látok hrajú dôležitú úlohu H2O,CO2 a amoniak /NH3/ Voda: je dôležitá, tvorí väčšinu organizmu, prebiehajú v nej reakcie, je dôležitým rozpúšťadlom mnohých che. l., pri jej syntéze sa uvoľňuje veľké množstvo energie, kt. si organizmus uskladní v ATP CO2: kysličník uhličitý: je súčasťou mnohých biochemických procesov a aj pri mnohých biochemických procesoch vzniká (dýchanie, kvasenie, Krebsov cyklus) NH3: jedna z látok , kt. potrebujú rastliny pri syntéze bielkovín, vzniká pri rozklade bielkovín a iných dusíkatých látok. Najdôležitejšie fyzikálno-chemické deje, ktoré prebiehajú v organizme sú DIFÚZIA a OSMÓZA. Difúzia: prenikanie častíc 1 látky medzi častice 2. látky alebo prechod častíc látky z miest s vyššou koncentráciou na miesta s nižšou konc. Osmóza: prenikanie molekúl rozpúšťadla (napr. vody) cez polopriepustnú blanu z miest s nižšou koncentráciou na miesta s vyššou konc., až kým sa konc. nevyrovnajú. Kvantitatívnou mierou osmózy je osmotický tlak (je to tlak, ktorým musíme pôsobiť na povrch roztoku, aby sa zabránilo osmóze) Koloidný a heterogénny charakter živých organizmov. (–– -nepolárna časť,○–polárna časť micela vo vode) Rastlinná a živočíšna bunka je zložitý koloidný a heterogénny systém, ktorý utvára vhodné podmienky pre metabolické deje a pre potrebné rozdelenie (distribúciu) prítomných látok.

Koloidný systém–(koloidný roztok) = prostredie, v ktorom rozptýlené (dispergované) častice majú veľkosť od 1-100nm. Častice–molekuly bielkovín, nukleových kyselín, polysacharidov, syntet. polymérov. Niektoré nízkomolekulové látky tvoria koloidné častice tak, že ich molekuly sa pri rozpúšťaní zoskupujú (agregujú ) do väčších celkov- miciel. Tieto molekuly majú polárnu aj nepolárnu časť (soli karboxylových kyselín–mýdlá, zložité lipidy, steroidy). Na princípe micelárnych koloidov je vybudovaná základná štruktúra biologických membrán. Membrány oddeľujú bunku od okolitého prostredia a utvárajú vnútornú heterogénnu štruktúru bunky. Od pravých roztokov, kt. častice sú menšie ako 1 nm, sa koloidné roztoky odlišujú–zvyčajne majú jemný, filtráciou neoddeliteľný zákal. Na stabilitu koloidných systémov vplýva hlavne elektrický náboj na povrchu ich častíc, kt. zabraňuje odpudivými elektrostatickými silami agregácii, a tým vylučovaniu koloidov z roztoku. Náboj koloidných častíc vzniká: 1.)ionizáciou polárnych skupín (napr.–CCOH karboxy,-SO3H sulfo) vzniká záporný náboj –COO-, -SO3- 2.)protonizáciou zásaditých skupín (napr.–NH2) vznikne kladný náboj NH3+ 3.)absorpciou katiónov alebo aniónov z prostredia na povrchu koloidných častíc–(napr. iónov Na+, K+, Cl-) Solvatačný obal kolidných častíc– Vplyv na stabilitu koloidiv, V živých organizmoch ho tvoria molekuly H2O (hydratačný obal), Na koloidné častice sa H2O viaže elektrostatickými silami keďže voda má polárny charakter, Stratou elektrického náboja alebo narušením hydratačnej vrstvy strácajú koloidy stabilitu, častice tvoria agregáty, ktoré sa vylučujú z roztoku, Vzniká to pridaním silných kyselín alebo silných zásad, organických rozpúšťadiel ENZÝMY- Biokatalizátory bielkovinového pôvodu, Znižujú aktivačnú E potrebnú na prebehnutie reakcie, Všetky enz. majú 1spoločné: špecifickosť (majú špecif. charakter= môžu katalizovať len 1 typ reakcie), Enzým+ substrát→ enzým-substrátový komplex→ enzým+produkt, Mnohé enz. nemôžu fungovať bez KOENZÝMU, Enzým= apoenzým(bielk.zložka) +koenzým(nebielkovinova zložky), KOENZÝM( aktívne sa zúčastňuje chem.reak., viaže sa so substrátomna aktívne miesto, obyčajne býva donorom alebo akceptorom vodíkových katiónov, elektrónov, veľa krát sú to vitamíny) Rýchlosť enzýmových reakcí.Faktory ovplyvňujúce rýchlosť enz. rea.:1.)množstvo substrátu (so zvyšujúcim množ. sub. sa zvyš. aj rýchlosť ale len dovtedy kým sa obsadia aktáívne miesta enzýmu.

Vtedy nastane BOD SATURÁCIE a rýchlosť nerastie) 2.)množstvo enzýmu (čím viac enz. tým je reak. rýchlejšia ale platí to len do chvíle keď je dostatok substrátu) 3.)pH prostredia (väčšina enz. najlepšie funguje pri pH5-7. Každý enz. má špec. pH pri kt. funguje, výnimky v žalúdku pepsín pH1-2) 4.)teplota (každý enz. má určitú t, pri kt. sa mu najlepšie darí, väčšina enz. však pri t=44°C -45 °C začína danaturácia bielk., rých. enz. rea. stúpa so zvyšujúcim t ale len do 44°C -45°C, so znižujúcim t klesá rých. enz.rea., A na 0°C už takmer tá reakcia neprebieha) Aktivácia a inhibícia enz. Aktivita enz. (meria sa jednotkou jeden katal= množstvo enz. kt. rozloží 1mol látky za 1s) INHIBÍCIA ENZ. 1.)kompetetívna inhibícia(vratná reakcia, pri nej sa na aktívne miesto enzýmu naviaže látka podobná substrátu, čím zablokuje enzým. Účinok inhibítora môžeme utlmiť zvýšením koncentrácie substrátu. Využíva sa to napr. pri liečbe sulfónamidmi aj na liečbu onkologických ochorení, aj pri otrave etylénglykolom- nemrznúca zmes do ostrekovačov) 2.)nekompetetívna inhibícia (nevratná, to znamená,že inhibítor sa pevne viaže na aktívne miesto enzýmu, čím enzým navždy zablokuje, môže nastať napr. pri otravách ťažkými kovmi-/ortuť,olovo,striebro,meď/. S touto nekompetetívnou inhibíciou sa môžeme stretnúť v prípade črevných parazitov, ktoré produkujú látky–inhibítory- a tie ovplyvňujú aktivitu trypsínu a pepsínu.) 3.)akompetetívna inhibícia (nevratná, inhibítor sa neviaže na aktívne miesto enzýmu, ale na inú časť molekuly enzýmu, pričom spôsobuje zmenu terciárnej a kvartérnej štruktúry enzýmu. Enzým ešte veľakrát môže katalyzovať reakcie, ale ich rýchlosť sa veľmi zníži.) Aktivácia enzýmov. V niektorých prípadoch nie je žiadúce, aby bol enzým aktívny v mieste svojho vzniku. Vtedy vzniká jeho proenzým (zymogén), ktorý sa zmení na aktívnu formu- enzým až na mieste kde je to potrebné.
Zvyčajne sa to deje pomocou katiónov niektorých kovov(Mg2+, Ca2+, Na+, K+,Mn+) pričom sa odštiepi časť polypeptidového reťazca /napr.: protrombín (proenzým)→trombokináza(Ca2+)→trombín(enzým)/ Alosterické enzýmy.- majú okrem aktívneho miesta ešte 1miesto, na ktoré môžu naviazať tzv. efektory. Ak sa v bunke nahromadí väčšie množstvo substrátu naviaže sa na enzým pozitívny efektor, ktorý spôsobí aktiváciu enzýmu. Po spracovaní substrátu nahromadenie produktu spôsobí naviazanie negatívneho efektora, ktorý prestáva pracovať. Táto alosterická inhibícia sa väčšinou uplatňuje pri viacstupňových reakciách a je to spôsob akým môže bunka regulovať svoj metabolizmus

Trieda Druh katalyzovanej chemickej reakcie
oxidoreduktázy -prenos elektrónov napr. vodíkov (oxidácia a redukcia) medzi dvomi substrátmi
transferázy -prenos charakteristickej skupiny medzi dvomi subtrátmi (napr. tvorba glukóza-6-fosfátu prenosom fosfátovej skup. z ATP na glukózu)
hydrolázy -hydrolytické štiepenie substrátov,(napr. premena triacylglycerolu na glycerol a karboxylové kys. alebo štiepenie bielkovín na aminokys.)
lyázy -nehydrolytické štiepenie väzieb C-C v molekulách substrátov (napr. dekarboxylácia aminokyselín za vzniku amínov a CO2)
izomerázy -vnútromolekulové premeny substrátov vzájomné premeny jednotlivých izomérov(napr. premena glukóza-6-fosfátu na fruktózu-6-fosfát)
ligázy (syntetázy) -zlučovanie dvoch molekúl substrátov za súčasnej spotreby(štiepenia) ATP, pričom sa uvoľní potrebná energia

Vitamíny - Sú dôležité koenzýmy. Nedostatok ktoréhokoľvek vitamínu spôsobuje ťažké škody na zdraví.Sú to esenciálne látky. Väčšinu z nich prijímame potravou buď v hotovje forme alebo vo forme provitamínov. Avitaminóza(veľký nedostatok vitamínov) Hypovitaminóza (mierny nedostatok vitamínu) Hypervitaminóza ( prebytok vitamínu A,D,E,K-(vitamíny rozpustné v tukoch). Ostatné vitamíny (B,C) sú rozpustné vo vode a ich prebytok nebýva) Naše telo nevie vyrobiť väčšinu vitamínov–musíme ich prijímať v potrave.(Vit. K a vit. B12 sú vyrábané v našom tele. Ryby vyrobia A,D vit. Antivitamíny ničia vitamíny–nikotín, alkohol. Vitamíny rozpustné v tukoch-ADEK VitamínA(retinol) telo ho získava z beta-karoténu (v mrkve, v zelenej a žltej zelenine ,kapusta,špenát, petržlenová vnať, feferónka, najviac je v plode rakytníka a jarabiny.V hotovej forme sa nachádza v rybom tuku, hovädzej pečeni, vaječnom žĺtku) Je dôležitý pre správne fungovanie očnej sietnice/ zúčastňuje sa fotochemických procesov na sietnici, správnom vývoji kostí, pre reprodukčné orgány, pohlavné žľazy. Jeho nedostatok spôsobuje šeroslepotu, malformácie kostí, poruchy reprodukčných orgánov. Prebytok- vypadávanie vlasov, krvácanie z nosa , poškodenie pečene. Je dôležitý antioxidant- zachytáva voľné radikály (proti vzniku rakoviny) Skupina D-vitamínov( kalciferoly) vznikajú v našej pokožke ožiarením UV lúčmi z provitamínov. Najdôležitejší provitamín je ergosterol, z ktorého si náš organizmus vyrobí vitamín D2–ergokalciferol, vitamín D3(cholekalciferol)–živočíšneho pôvodu. D-vit.–ovplyvňujú vstrebávanie vápnika z potravy, nedostatok sa prejavuje u detí krivicou (rachitídou) a u dospelých osteoporózou (odvápnenie kostí–potom sa kosti lámu). prebytok sa prejavuje zvracaním, chudnutím, ukladaním sa v tkanivách. Zdroje: rybí tuk, vaječný žĺtok, pečeň, tuniak, maslo.

Skupina E–vitamínov (tokoferoly)–pre správny vývoj reprodukčných orgánov, pre správnu činnosť krviniek. Je dôležitý antioxidant. Jeho nedostatok–poruchy reprodukčných orgánov, zhoršenie plodnosti, zmeny na pokožke, znížená imunita. prebytok–únava, slabosť, hnačky, rozmazané videnie, zhošené vstrebávani A,D,K. Zdroje–vaječný žĺtok, rastlinné maslo, semienka,(slnečnicové, sezamové) žihľava.Vitamín K (fytochinón) je derivátom naftochinónu , je dôležitý pre zrážanlivosť krvi (katalyzuje vznik protrombínu) nedostatok–nízka zrážanlivosť krvi, krvácanie z nosa, črevného traktu, do mozgu. prebytok-nebol zaznamenaný. Zdroje-zelené rastliny, kapusta, špenát, karfiol, vaječný žĺtok, pečeň, strukoviny, polovicu dennej dávky vyrábajú črevné baktérie. . Vitamíny rozpustné vo vode.-BHC Vitamín B1(tiamín/aneurín) je zložkou koenzýmu, ktorý sa nazýva timíndifosfát. Je dôležitý pre správne fungovanie nervovej sústavy a srdcovo-cievneho systému. nedostatok–sa prejavuje chorobou Beri-Beri , poruchy srdcovej činnnosti, strata citlivosti. Zdroj–šupky ryže, obilné klíčky, droždie, srdce, vaječný žĺtok, obličky, pečeň.. Vitamín B2(riboflavín) je koenzýmom flavínových enzýmov, ktoré sa zúčastňujú na metabolizme a je dôležitý pre správnu činnosť rohovky a šošovky .nedostatok–poruchy rastu, kútiky, chorobné zmeny na šošovke. Zdroj–obilné klíčky, vaj. žĺtok, pečeň, zelenina, rajčiny. Na svetle sa rozkladá. Vitamín B3 (niacín/vitamín PP) antipelagrový vitamín. nedostaok–spôsobuje chorobu pelagru (zápal na pokožke, slizniciach, ťažké poškodenie nervovej sústavy). Dôležitý je pre metabolizmus buniek. Nachádza sa v droždí, v mäse, mlieku. Vitamín B5(kyselina pantoténová)–organizmus si vyrába pantenol. Dôležitý pre pokožku, vlasy, procesy hojenia. Zdroj–pečeň, vaječný žĺtok. nedostatok–spôsobuje depresie, zhoršenie hojenia poranení.

Vitamín B6 (pyridoxín)je dôležitý pre správnu činnosť pokožky, nervov, správne zloženie krvi. Zdroj–droždie, listová zelenina, celozrnná múka, pečeň, mäso. nedostatok–poruchy centrálnej sústavy, chudokrvnosť, choroby kože. Vitamín B12(kyanokobalamín)vytváraný v čreve aj v našich ústach. Dôležitý je pre tvorbu červených krviniek. Podporuje chuť do jedla. Vyskytuje sa v mäse, pečeni, v ustriciach. nedostatok–poruchy krvotvorby, psychické poruchy Kyselina folová(listová) dôležitá pri tvorbe nukleotidov a červenývh krviniek. nedostatok–poruchy vývoja plodu. Zdroj–listová zelenina (kel, kapusta, šalát), pečeň, obličky, vaječný žĺtok, droždie. Vitamín H (biotín) vzniká v črevnom trakte mikroorganizmami, spolupracuje pri metabolizme sacharidov a vzniku karboxylových kyselín. Zdroj–mäso, pečeň, vaj. žĺtok. Vitamív C(kyselina askorbová) látka kyslej chuti. Nachádza sa v ovocí, v zelenine (petržlen. vňať, paprika, čierne ríbezle,šípky) Veľmi ľahko sa ničí a to teplom, pri styku s kovom, časom, vzdušným kyslíkom. Dôležitý pre imunitný systém ,pre cievy, antioxidant. nedostatok–spôsobuje skorbut- krvácanie ďasien črevného traktu, praskanie cievok, a pri absolútnom nedostatku smrť. Opice a morčatá dokážu syntetizovať. Dôležitý pre vstrebávanie železa.